吳志抄+譚業(yè)雙+李召瑞+孫慧賢

摘 要： 針對(duì)目前數(shù)字交換機(jī)檢測(cè)使用的協(xié)議測(cè)試技術(shù)無法檢測(cè)物理層參數(shù)和故障的問題，提出通過對(duì)接口特性檢測(cè)判斷交換機(jī)物理層故障的思路。通過研究交換機(jī)的接口特性檢測(cè)內(nèi)容，分析接口特性對(duì)交換機(jī)的性能與工作狀態(tài)特別是對(duì)通信可靠性的影響，為提高通信設(shè)備的可靠性提供一定的參考。給出了使用通用測(cè)試儀器對(duì)接口阻抗與信號(hào)電平和回波損耗進(jìn)行檢測(cè)的方法，在實(shí)際使用中操作簡單，使用方便。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字交換機(jī)； 接口特性； 匹配阻抗； 回波損耗； 檢測(cè)

中圖分類號(hào)： TN916?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）16?0096?02

Detection of digital exchanger interface characteristics

WU Zhi?chao， TAN Ye?shuang， LI Zhao?rui， SUN Hui?xian

（Ordance Engineering College， Shijiazhuang 050003， China）

Abstract： For the situation that protocol testing technology used in detection of digital exchanger can not detect physical layer parameters and faults， a method to determine the physical layer faults of digital exchanger by detecting the interface characteristics is put forward in this paper. Based on the research of the detection contents of the interface characteristics for digital exchanger， the effect of interface characteristics on the performance and working state， especially the communication reliability， of digital exchanger were analyzed. It provides a reference for improving the reliability of the communication equipments. A method to detect interface impedance， signal level and return loss by a universal testing instrument is proposed， which is simple and easy to operate.

Keywords： digital exchanger； interface characteristic； impedance matching； return loss； detection

隨著數(shù)字 “數(shù)字用戶線”（Digital Subscriber Ling，DSL）技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)克服了傳輸距離短、傳輸速率低的缺陷，實(shí)現(xiàn)了在單對(duì)線上實(shí)現(xiàn)全雙工高速遠(yuǎn)距離傳輸，廣泛應(yīng)用于數(shù)字交換機(jī)的數(shù)字中繼接口和綜合業(yè)務(wù)用戶接入接口[1]。目前對(duì)數(shù)字交換機(jī)測(cè)試主要是用專用測(cè)試儀器通過協(xié)議測(cè)試技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)交換的工作狀態(tài)判定。協(xié)議測(cè)試技術(shù)在數(shù)據(jù)鏈路層之上[2]，因而無法對(duì)物理層故障進(jìn)行檢測(cè)，而物理層故障也是通信設(shè)備的多發(fā)故障之一。研究通信設(shè)備接口特性檢測(cè)，能夠判斷設(shè)備的物理層狀態(tài)，為協(xié)議測(cè)試技術(shù)提供了補(bǔ)充。

1 接口特性檢測(cè)內(nèi)容

接口特性檢測(cè)指通過測(cè)量通信設(shè)備接口電氣特性，判斷通信設(shè)備工作狀態(tài)與性能，通常以輸出阻抗與信號(hào)電平、輸入阻抗與回波損耗和接口頻率容差等指標(biāo)來衡量[3]。

1.1 輸出阻抗與信號(hào)電平

對(duì)于一個(gè)通信設(shè)備而言，其信號(hào)的標(biāo)稱電平必然是和輸出阻抗一同規(guī)范的。輸出阻抗是指通信接口對(duì)輸出信號(hào)的阻礙。在任何通信系統(tǒng)中，輸出必然存在一個(gè)內(nèi)阻，如圖1所示，可以把通信設(shè)備的輸出模型等效為一個(gè)電勢(shì)為U的理想電壓源和一個(gè)阻值為r的電阻串聯(lián)。假若連接負(fù)載的阻值為R，則此時(shí)接口的輸出信號(hào)電平值為：

[Uo=U×[Rr+R]] （1）

由式（1）可以得出，U和r不變的情況下，Uo的值隨R的增大而增大。

同時(shí)在負(fù)載電阻兩端的功率：

[P=U2R-r2R+4r] （2）

在式（2）中，當(dāng)R=r時(shí)，P可以取得最大值[Pmax=U24r]，也就是當(dāng)負(fù)載的阻值和輸出阻抗一致時(shí)，接口的輸出功率最大。此時(shí)負(fù)載電阻稱為該接口的匹配電阻，其阻值即為接口的輸出阻抗。而此時(shí)負(fù)載兩端的電平值，即為接口的標(biāo)稱輸出電平。

1.2 接口頻率容差

頻率容差（Frequency Tolerance，F(xiàn)T）指是的通信接口對(duì)輸入信號(hào)的頻率偏離參考頻率的最大允許偏差，通常用百分比或Hz表示。

圖1 信號(hào)輸出等效模型

1.3 輸入阻抗與回波損耗

輸入阻抗指的是設(shè)備接口對(duì)于輸入信號(hào)的等效阻抗。接口在接收信號(hào)時(shí)，可以等效為一個(gè)負(fù)載，與輸出阻抗類似，如果輸入阻抗與外部信號(hào)源的阻抗不匹配，就無法獲得最大的功率輸入。對(duì)于同一接口，其輸入阻抗與輸出阻抗通常是一致的。回波損耗（Return Loss）是表示信號(hào)反射性能的參數(shù)，由于阻抗不匹配而造成的信號(hào)功率損失，通常在輸入和輸出都進(jìn)行規(guī)定。由于接口的輸出回波損耗與負(fù)載有關(guān)，故不在此進(jìn)行分析。輸入回波損耗發(fā)生的原因是由于輸入阻抗的不匹配導(dǎo)致的在信號(hào)輸入過程中一部分信號(hào)功率被反射回信號(hào)源。其計(jì)算方式為：

[RL=-10lgPRPI] （3）

式中：[RL]為回波損耗，通常用dB表示；[PR]為反射功率；[PI]為入射功率。當(dāng)接口的輸入阻抗為無窮大時(shí)，[PR=PI]，回波損耗為0；當(dāng)接口輸入阻抗為0時(shí)，[PR=0]，回波損耗為無窮大。

2 接口特性對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?/p>

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于接口特性與標(biāo)稱值的偏移，會(huì)因誤碼率的上升導(dǎo)致通信的可靠性下降，而影響正常的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)接口的阻抗不匹配時(shí)，接收端的接收信號(hào)功率下降，輸入接口信噪比下降導(dǎo)致誤碼率上升。同時(shí)，當(dāng)輸出阻抗過大時(shí)，標(biāo)稱負(fù)載的信號(hào)電平值下降，經(jīng)過傳輸后超過接收端的信號(hào)電平容差范圍，會(huì)導(dǎo)致接收誤碼率上升。同理，當(dāng)輸入阻抗過小時(shí)，接收信號(hào)電平值過低會(huì)影響判決而導(dǎo)致誤碼率上升。回波損耗反映的是接口對(duì)信號(hào)功率反射量的大小，回波損耗過小，接口反射信號(hào)過大，接收到的信號(hào)功率就過低而影響正常接收判斷。接口輸入頻率容差范圍小于標(biāo)稱范圍值時(shí)，就會(huì)對(duì)因傳輸過程中產(chǎn)生頻率偏移的一部分信號(hào)不能正常接收，影響通信設(shè)備的可靠性。

3 接口特性的檢測(cè)方法

對(duì)于接口阻抗和回波損耗的檢測(cè)可以使用通用測(cè)試儀器進(jìn)行間接測(cè)量，然后通過簡單的計(jì)算獲得其電氣特性和信號(hào)特征。對(duì)于頻率容差的測(cè)量則需要使用專用的檢測(cè)儀器來完成，本文就不再進(jìn)行介紹。

3.1 輸出阻抗與信號(hào)電平測(cè)量

如圖2所示，在設(shè)備接口跨接負(fù)載電阻，負(fù)載準(zhǔn)備2個(gè)與交換機(jī)標(biāo)稱阻抗同一數(shù)量、精度為1%的電阻，使用高輸入阻抗的電平計(jì)測(cè)量負(fù)載兩端電平值。

圖2 阻抗與電平測(cè)量示意圖

測(cè)量時(shí)，控制接口輸出信號(hào)，選擇負(fù)載電阻R1，測(cè)得輸出電平值U1；更換負(fù)載電阻為R2，測(cè)得輸出電平值U2。

由式（1）可得方程組：

[U1=U×R1R1+rU2=U×R2R2+r] （4）

由方程組可計(jì)算接口輸出阻抗r和等效模型電動(dòng)勢(shì)U。再由U和r的值可算出接口連接標(biāo)稱負(fù)載值的輸出信號(hào)電平值。

3.2 回波損耗測(cè)量

回波損耗的測(cè)量通常選擇反射橋法進(jìn)行，見圖3。

圖3 回波損耗測(cè)試示意圖

選擇與接口輸入阻抗一致的3個(gè)電阻組成反射橋，測(cè)量時(shí)先不接入交換設(shè)備，振蕩器頻率為接口波特率的5%～60%，輸出0 dBm電平，從電平計(jì)讀取電平值為[P1]，然后將交換機(jī)接入交換機(jī)只加電，不輸出信號(hào)，從電平計(jì)讀取電平值為[P2]，可得回波損耗（單位dB）：[bP=P1-P2]。

4 結(jié) 論

本文研究了數(shù)字交換機(jī)數(shù)字中繼接口和數(shù)字用戶口的電氣特性和信號(hào)特征對(duì)通信過程的影響和測(cè)量方法，補(bǔ)充了常用的交換機(jī)測(cè)量方法無法對(duì)物理層故障進(jìn)行檢測(cè)的不足，對(duì)研究和提高通信設(shè)備的可靠性具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 李開榮.SHDSL接入技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27（22）：47?48.

[2] 杭成寶，樊月旺，李華.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試技術(shù)分析[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008（19）：28?30.

[3] 王新國，鄧忠禮，翁元舉.數(shù)字交換機(jī)中繼接口參數(shù)及接口間傳輸特性和測(cè)試方法[J].電信測(cè)試方法，1994（1）：45?47.

[4] 閻崢，鄭慶華，鮑家元.數(shù)字程控交換機(jī)線路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，1998，19（2）：51?55.

[5] 熊德健.網(wǎng)絡(luò)物理層測(cè)試工具應(yīng)用研究[J].甘肅科技，2008，24（23）：69?71.

[6] 丁薇霞，孟慶林.數(shù)字通信電纜回波損耗與結(jié)構(gòu)回波損耗的辨析[J].電線電纜，2004（3）：39?41.

[7] 羅琦.數(shù)字程控用戶交換機(jī)進(jìn)網(wǎng)檢測(cè)要求 [EB/OL].[2011?04?20].http：//wenku.baidu.com/view.

[8] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[RL=-10lgPRPI] （3）

式中：[RL]為回波損耗，通常用dB表示；[PR]為反射功率；[PI]為入射功率。當(dāng)接口的輸入阻抗為無窮大時(shí)，[PR=PI]，回波損耗為0；當(dāng)接口輸入阻抗為0時(shí)，[PR=0]，回波損耗為無窮大。

2 接口特性對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?/p>

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于接口特性與標(biāo)稱值的偏移，會(huì)因誤碼率的上升導(dǎo)致通信的可靠性下降，而影響正常的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)接口的阻抗不匹配時(shí)，接收端的接收信號(hào)功率下降，輸入接口信噪比下降導(dǎo)致誤碼率上升。同時(shí)，當(dāng)輸出阻抗過大時(shí)，標(biāo)稱負(fù)載的信號(hào)電平值下降，經(jīng)過傳輸后超過接收端的信號(hào)電平容差范圍，會(huì)導(dǎo)致接收誤碼率上升。同理，當(dāng)輸入阻抗過小時(shí)，接收信號(hào)電平值過低會(huì)影響判決而導(dǎo)致誤碼率上升?；夭〒p耗反映的是接口對(duì)信號(hào)功率反射量的大小，回波損耗過小，接口反射信號(hào)過大，接收到的信號(hào)功率就過低而影響正常接收判斷。接口輸入頻率容差范圍小于標(biāo)稱范圍值時(shí)，就會(huì)對(duì)因傳輸過程中產(chǎn)生頻率偏移的一部分信號(hào)不能正常接收，影響通信設(shè)備的可靠性。

3 接口特性的檢測(cè)方法

對(duì)于接口阻抗和回波損耗的檢測(cè)可以使用通用測(cè)試儀器進(jìn)行間接測(cè)量，然后通過簡單的計(jì)算獲得其電氣特性和信號(hào)特征。對(duì)于頻率容差的測(cè)量則需要使用專用的檢測(cè)儀器來完成，本文就不再進(jìn)行介紹。

3.1 輸出阻抗與信號(hào)電平測(cè)量

如圖2所示，在設(shè)備接口跨接負(fù)載電阻，負(fù)載準(zhǔn)備2個(gè)與交換機(jī)標(biāo)稱阻抗同一數(shù)量、精度為1%的電阻，使用高輸入阻抗的電平計(jì)測(cè)量負(fù)載兩端電平值。

圖2 阻抗與電平測(cè)量示意圖

測(cè)量時(shí)，控制接口輸出信號(hào)，選擇負(fù)載電阻R1，測(cè)得輸出電平值U1；更換負(fù)載電阻為R2，測(cè)得輸出電平值U2。

由式（1）可得方程組：

[U1=U×R1R1+rU2=U×R2R2+r] （4）

由方程組可計(jì)算接口輸出阻抗r和等效模型電動(dòng)勢(shì)U。再由U和r的值可算出接口連接標(biāo)稱負(fù)載值的輸出信號(hào)電平值。

3.2 回波損耗測(cè)量

回波損耗的測(cè)量通常選擇反射橋法進(jìn)行，見圖3。

圖3 回波損耗測(cè)試示意圖

選擇與接口輸入阻抗一致的3個(gè)電阻組成反射橋，測(cè)量時(shí)先不接入交換設(shè)備，振蕩器頻率為接口波特率的5%～60%，輸出0 dBm電平，從電平計(jì)讀取電平值為[P1]，然后將交換機(jī)接入交換機(jī)只加電，不輸出信號(hào)，從電平計(jì)讀取電平值為[P2]，可得回波損耗（單位dB）：[bP=P1-P2]。

4 結(jié) 論

本文研究了數(shù)字交換機(jī)數(shù)字中繼接口和數(shù)字用戶口的電氣特性和信號(hào)特征對(duì)通信過程的影響和測(cè)量方法，補(bǔ)充了常用的交換機(jī)測(cè)量方法無法對(duì)物理層故障進(jìn)行檢測(cè)的不足，對(duì)研究和提高通信設(shè)備的可靠性具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 李開榮.SHDSL接入技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27（22）：47?48.

[2] 杭成寶，樊月旺，李華.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試技術(shù)分析[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008（19）：28?30.

[3] 王新國，鄧忠禮，翁元舉.數(shù)字交換機(jī)中繼接口參數(shù)及接口間傳輸特性和測(cè)試方法[J].電信測(cè)試方法，1994（1）：45?47.

[4] 閻崢，鄭慶華，鮑家元.數(shù)字程控交換機(jī)線路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，1998，19（2）：51?55.

[5] 熊德健.網(wǎng)絡(luò)物理層測(cè)試工具應(yīng)用研究[J].甘肅科技，2008，24（23）：69?71.

[6] 丁薇霞，孟慶林.數(shù)字通信電纜回波損耗與結(jié)構(gòu)回波損耗的辨析[J].電線電纜，2004（3）：39?41.

[7] 羅琦.數(shù)字程控用戶交換機(jī)進(jìn)網(wǎng)檢測(cè)要求 [EB/OL].[2011?04?20].http：//wenku.baidu.com/view.

[8] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[RL=-10lgPRPI] （3）

式中：[RL]為回波損耗，通常用dB表示；[PR]為反射功率；[PI]為入射功率。當(dāng)接口的輸入阻抗為無窮大時(shí)，[PR=PI]，回波損耗為0；當(dāng)接口輸入阻抗為0時(shí)，[PR=0]，回波損耗為無窮大。

2 接口特性對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?/p>

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于接口特性與標(biāo)稱值的偏移，會(huì)因誤碼率的上升導(dǎo)致通信的可靠性下降，而影響正常的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)接口的阻抗不匹配時(shí)，接收端的接收信號(hào)功率下降，輸入接口信噪比下降導(dǎo)致誤碼率上升。同時(shí)，當(dāng)輸出阻抗過大時(shí)，標(biāo)稱負(fù)載的信號(hào)電平值下降，經(jīng)過傳輸后超過接收端的信號(hào)電平容差范圍，會(huì)導(dǎo)致接收誤碼率上升。同理，當(dāng)輸入阻抗過小時(shí)，接收信號(hào)電平值過低會(huì)影響判決而導(dǎo)致誤碼率上升?；夭〒p耗反映的是接口對(duì)信號(hào)功率反射量的大小，回波損耗過小，接口反射信號(hào)過大，接收到的信號(hào)功率就過低而影響正常接收判斷。接口輸入頻率容差范圍小于標(biāo)稱范圍值時(shí)，就會(huì)對(duì)因傳輸過程中產(chǎn)生頻率偏移的一部分信號(hào)不能正常接收，影響通信設(shè)備的可靠性。

3 接口特性的檢測(cè)方法

對(duì)于接口阻抗和回波損耗的檢測(cè)可以使用通用測(cè)試儀器進(jìn)行間接測(cè)量，然后通過簡單的計(jì)算獲得其電氣特性和信號(hào)特征。對(duì)于頻率容差的測(cè)量則需要使用專用的檢測(cè)儀器來完成，本文就不再進(jìn)行介紹。

3.1 輸出阻抗與信號(hào)電平測(cè)量

如圖2所示，在設(shè)備接口跨接負(fù)載電阻，負(fù)載準(zhǔn)備2個(gè)與交換機(jī)標(biāo)稱阻抗同一數(shù)量、精度為1%的電阻，使用高輸入阻抗的電平計(jì)測(cè)量負(fù)載兩端電平值。

圖2 阻抗與電平測(cè)量示意圖

測(cè)量時(shí)，控制接口輸出信號(hào)，選擇負(fù)載電阻R1，測(cè)得輸出電平值U1；更換負(fù)載電阻為R2，測(cè)得輸出電平值U2。

由式（1）可得方程組：

[U1=U×R1R1+rU2=U×R2R2+r] （4）

由方程組可計(jì)算接口輸出阻抗r和等效模型電動(dòng)勢(shì)U。再由U和r的值可算出接口連接標(biāo)稱負(fù)載值的輸出信號(hào)電平值。

3.2 回波損耗測(cè)量

回波損耗的測(cè)量通常選擇反射橋法進(jìn)行，見圖3。

圖3 回波損耗測(cè)試示意圖

選擇與接口輸入阻抗一致的3個(gè)電阻組成反射橋，測(cè)量時(shí)先不接入交換設(shè)備，振蕩器頻率為接口波特率的5%～60%，輸出0 dBm電平，從電平計(jì)讀取電平值為[P1]，然后將交換機(jī)接入交換機(jī)只加電，不輸出信號(hào)，從電平計(jì)讀取電平值為[P2]，可得回波損耗（單位dB）：[bP=P1-P2]。

4 結(jié) 論

本文研究了數(shù)字交換機(jī)數(shù)字中繼接口和數(shù)字用戶口的電氣特性和信號(hào)特征對(duì)通信過程的影響和測(cè)量方法，補(bǔ)充了常用的交換機(jī)測(cè)量方法無法對(duì)物理層故障進(jìn)行檢測(cè)的不足，對(duì)研究和提高通信設(shè)備的可靠性具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 李開榮.SHDSL接入技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27（22）：47?48.

[2] 杭成寶，樊月旺，李華.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試技術(shù)分析[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2008（19）：28?30.

[3] 王新國，鄧忠禮，翁元舉.數(shù)字交換機(jī)中繼接口參數(shù)及接口間傳輸特性和測(cè)試方法[J].電信測(cè)試方法，1994（1）：45?47.

[4] 閻崢，鄭慶華，鮑家元.數(shù)字程控交換機(jī)線路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，1998，19（2）：51?55.

[5] 熊德健.網(wǎng)絡(luò)物理層測(cè)試工具應(yīng)用研究[J].甘肅科技，2008，24（23）：69?71.

[6] 丁薇霞，孟慶林.數(shù)字通信電纜回波損耗與結(jié)構(gòu)回波損耗的辨析[J].電線電纜，2004（3）：39?41.

[7] 羅琦.數(shù)字程控用戶交換機(jī)進(jìn)網(wǎng)檢測(cè)要求 [EB/OL].[2011?04?20].http：//wenku.baidu.com/view.

[8] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.